超高速PCIe EtherCAT运动控制卡在高速异形插件机上的应用

 

市场应用背景

异形插件机主要应用于电子制造业中，专门用于自动化电子装配过程。它能够按照预设程序将编带或者供料器的电子元件通过多工位多头夹取，将电阻、电容、晶体管、连接器和按键等异形元件自动插装到PCB板的指定通孔上，极大地提高生产效率并降低成本。

广泛应用于3C消费电子、汽车电子、医疗器械、工业控制、航空航天等多个领域。

 

随着电子产品的日益普及和快速更新换代，对更小、更复杂的电子元件的需求持续增长。这导致对高速高精度的异形插件机的需求也在增加，为了改善现有的生产工艺流程，并消除生产中的不稳定因素，自动异形插件机行业面临巨大的市场需求。

传统PCB板电子元件插件方案局限性:

传统的插件方案主要依赖人工操作或针对单一类型电子元件的自动插件机等。

人工插件效率低，常出现错插、漏插的问题，导致产品质量不稳定。

专用的自动插件机缺乏灵活性，难以快速适应新型电子元件的生产需求。技术升级需要更换设备或进行生产线改造，成本高昂且耗时长，给生产厂家带来成本控制和换料操作的困扰。

传统的异性插件机的设备控制主要由视觉系统、运动控制系统和人机交互三大部分组成。它的控制系统方案配置是PC+机器视觉+PLC，PLC的网口交互效率并不高，导致产能不够。

 

正运动技术解决方案:

正运动针对市场需求，特此开发了基于超高速PCIe EtherCAT运动控制卡PCIE464在高速异形插件机上的应用解决方案。

方案采用PCIE464具有以下特点：

利用PC Windows的特性，可以简单快速对接到MES等数据中心。

提供更安全的程序机制，防止控制系统宕机。

高实时性、低延迟、易扩展性、多轴同步控制、兼容性强、高速IO控制等优势，确保插件工艺中的路径规划、数据交互、电子元件插装、夹持控制等关键步骤能够高速高精度地完成。

配合第三方高精度视觉系统，能够快速调整设备参数换料生产，灵活兼容各种新型元件，提高了设备的灵活性，满足大、小批量生产的需求。

通过正运动提供的方案，自动异形插件机能有效消除数据交互不及时的问题，显著提高数据处理速度，简化生产流程，实现了从异形插件机到高速异形插件机的跨越。助力客户实现规模化、效益化、智能化生产，进而实现高速高精度的生产目标。

01 超高速PCIe EtherCAT运动控制卡在高速异形插件机上的应用

高速异形插件机加工示意图

正运动高速异形插件机解决方案设计

正运动技术的PCIE464运动控制卡，EtherCAT周期控制最快125μs，高速的PCIe接口，视觉飞拍，SS曲线加加速度平滑等功能，特别适用于高速高柔的运动控制，应用在高速异性插件机上，插件头拾取元件后，XY直线运动平台移动到检测相机上方进行飞拍，对元件引脚进行检测和定位，从而保证插件更加精准，优化路径、保证XY平台运行路径最短，可实现0.6s/pcs的节拍，重复定位精度可达±0.01mm，满足高速高精的市场需求。

1、运动控制与机器视觉实现过程

（1）机器视觉

机器视觉主要用于检测、定位和纠偏。首先，对电子元件的外轮廓和针脚进行识别定位，以及检测引脚有无缺失、变形等。最后，对PCB板上的圆孔、方孔和不规则点等进行MARK定位，确保电子元件能准确插装到PCB板指定通孔上。

（2）运动控制

工业电脑PC与PCIE464运动控制卡通过EtherCAT高效协同控制18个总线驱动器，包括直线和旋转电机及远程IO等。可实时切换驱动器的位置、速度和力矩模式，同时配合视觉飞拍功能，快速触发相机进行拍摄，确保异形插件机实现高速高精的运动控制。

2、高速异形插件机配置流程

3、方案核心技术优势

• 适用于支持WindowsXP/7/10/11、Linux等操作系统，适用性更广
• 统一开放的API函数接口，让用户开发更灵活更高效
• PCIe接口相较于PCI接口，传输效率更快，更适用于高速高精的应用场景
• 支持上位机+RTBasic脚本语言混合开发，极大提高指令的实时执行效率
• 支持C语言编译，程序执行效率更快，提升设备运行效率
• EtherCAT同步周期可快至125μs，提升设备产能
• 一维/二维/三维硬件位置比较输出，可视觉飞拍，实现无停顿生产，缩短设备整体CT
• 更安全机制，内置RTBasic程序执行，确保Windows系统在蓝屏的情况下程序不宕机

4、解决方案硬件配置

产品类型	产品型号	厂家	数量
运动控制卡	PCIE464	正运动	1
EtherCAT耦合器	ZMIO310-ECAT	正运动	1
扩展IO	ZMIO310-16DI/DO	正运动	6/4
图像采集系统	-	-	1
EtherCAT驱动器	-	-	18
工控机	-	-	1
显示器	-	-	1
其他配置	-	-	-

02  超高速PCIe EtherCAT运动控制卡 — PCIE464

正运动技术PCIE464运动控制卡，提供高效的工业运动控制解决方案，用户可将PCIE464嵌入标准PC机快速实现高性能的EtherCAT运动控制功能。

在“PC+运动控制卡”的模式下，可充分利用PC的高效数据处理和开放性特性，以及控制卡高速PWM、多维位置比较输出PSO等功能，实现出色的多轴同步控制和高速点位以及复杂的轨迹运动控制等功能，确保了控制卡与上位机的无缝实时数据交互，极大提升运动控制的效率和精度，同时利用PC Windows的特性，可简单快速对接到MES等数据中心，广泛应用于3C电子制造、半导体、装配、精密加工、锂电和光伏、机器人等领域。

▌PCIE464运动控制卡硬件特性

• 可选6-64轴运动控制，支持EtherCAT总线/脉冲/步进伺服驱动器
• 联动轴数最高可达16轴，EtherCAT周期最快125μs
• 标配8进8出，其中4路高速锁存输入和8路高速PWM、PSO输出，更多IO请选配ACC37接线板扩展板
• 支持PWM输出、精准输出、PSO硬件位置比较输出、视觉飞拍等
• 支持30+机械手模型正逆解模型算法，比如SCARA、Delta、UVW、4轴/5轴 RTCP...
• 支持掉电存储和掉电中断，提供程序更安全机制
• 具有螺距补偿控制，在单轴/多轴上通过多个补偿点进行精确调整，从而实现更高的加工精度